Alt, aber fit! Langzeitsicherheit für eingebettete Systeme

• Antragsteller: Professor Dr. Amir Moradi
• Fachliche Zuordnung: Sicherheit und Verlässlichkeit, Betriebs-, Kommunikations- und verteilte Systeme ; Rechnerarchitektur, eingebettete und massiv parallele Systeme
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 418658052

Durch die zunehmende Verkleinerung der Fertigungstechnologie werden zeitbedingte Zuverlässigkeitsverluste in CMOS Architekturen, genannt Alterung, ein immer stärkeres Problem. Im Laufe der Zeit verändert Alterung die Eigenschaften von Transistoren, sodass sich die Latenzen und die Leistungsaufnahme des daraus rekonstruierten Schaltkreises verändern. Bei kryptographischen Anwendungen auf eingebetteten Geräten ist Alterung nicht nur für die Zuverlässigkeit maßgeblich, sondern nimmt zusätzlichen Einfluss auf sicherheitsrelevante Aspekte, die einen Angreifer bei der Extraktion geheimer Informationen durch Seitenkanalanalyse und Fehlerinjektion oder durch das Einbetten von Hardwaretrojanern stärken. Obwohl altersbedingte Zuverlässigkeitsverluste in den letzten Jahren ausgiebig untersucht wurden, blieb der Einfluss des Alterns auf sicherheitsrelevante Aspekte größtenteils unerforscht.Kryptographie auf eingebetteten Geräten kann eine Fülle von Anwendungsfällen abbilden, in denen vertrauliche Daten verarbeitet werden. Bedingt durch die Vertraulichkeit der Daten ist es notwendig die Sicherheit dieser Geräte im Hinblick auf Alterung zu untersuchen. Daher gliedert sich dieser Antrag in die folgenden Themengebiete: (i) Die Erhöhung der Sicherheit von kryptographischen Anwendungen auf eingebetteten Geräten durch das Design von alterungsbewusster Gegenmaßnahmen, die Sicherheit gegen aktive als auch passive Seitenkanalangreifer mit physischem Zugang bieten. (ii) Das Aufgreifen von Entdeckungsmethoden von Hardwaretrojanern mit Fokus auf Alterung (iii) Neue Entwicklungen im Bereich alterungsbewusster PUF-Konstruktionen.Der Einsatz von aktuellen Gegenmaßnahmen, um Alterungseffekte abzumildern, kann die Zuverlässigkeit von eingebetteten Geräten erhöhen und ihre Produktlebenszeit verlängern. Obwohl ein Funktionsverlust durch Alterung mit diesen Methoden hinausgezögert werden kann, bieten diese keinen ausreichenden Schutz, um Sicherheit zu gewährleisten, da selbst kleinste Ungleichgewichte und Asymmetrien im zugrunde liegenden Schaltkreis bestehende Seitenkanalgegenmaßnahmen nutzlos machen.Als Folge dessen könnte ein Angreifer die Alterungsprozesse gezielt beschleunigen, um Gegenmaßnahmen auszuhebeln. Andererseits kann Alterung vorteilhaft sein, um gegen spezifische physikalische Angriffe zu schützen oder um den Aktivierungsmechanismus eines Trojaners abzuschwächen. Als praktisches Beispiel verweisen wir auf profilbildende Seitenkanalangriffe, bei denen die Signaturen der Seitenkanäle unterschiedlicher Geräte verglichen werden. Das vorgeschlagene Projekt wird sich mit der Beseitigung der Schwachstellen existierender Schemata beschäftigen und neue Gegenmaßnahmen unter Einbeziehung von Alterungsaspekten finden. Die Implementierungen, die im Rahmen dieser Forschung entstehen, werden sowohl in rekonfigurierbarer Hardware (FPGAs) als auch in Prototypen von anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs) evaluiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Naghmeh Karimi